无传感器直流无刷电机启动方法的研究

论文摘要

随着无刷直流电机性能的提高和在家电领域及工业控制领域中的应用越来越广泛,其传统的带位置传感器无刷直流电机控制呈现出越来越多的局限性,由此,无位置传感器控制便应运而生,特别是“反电势”法无位置传感器控制逐渐受到了人们的青睐,并成为无刷直流电机控制系统的研究热点及发展主流。论文在详细介绍了无刷直流电机的运行原理及数学模型的基础上,对反电势过零检测法无位置传感器控制的原理以及过零检测电路的设计进行了详细的分析和研究。由于在零速或低速时电机反电势为零或很小,基于反电势的控制方法都需要特殊的起动技术,本文在分析常有起动方法的优缺点的基础上,提出了一种新的起动方法改进型的三段式起动方法,该起动方法包括转子零初始位置检测与定位、转子三拍加速以及切换至反电势法六拍闭环运行三个步骤,并通过计算和实验证明,与传统的三段式起动方法相比,该起动方法具有更优良的起动性能。同时,本文还对反电势法无位置传感器控制的检测误差及干扰影响进行了系统的理论分析,并提出了相应的解决问题的方法。最后,确立了以ATmega 64为核心的无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬件系统,搭建了相应的硬件实验平台。在AVR Studio 4集成开发环境下完成了整个无刷直流电机无位置传感器控制系统的软件设计。实验证明,所研制的试验软硬件平台能很好地完成无刷直流电机无位置传感器控制功能,控制系统结构简单、响应快速、可靠性高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷直流电机的发展、特点及应用
• 1.2 无刷直流电机的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 永磁无刷直流电动机
• 1.2.2 功率逆变器
• 1.2.3 位置检测技术
• 1.2.4 无位置传感器控制中的起动技术
• 1.2.5 先进控制策略
• 1.3 课题意义及主要研究内容
• 第二章 无刷直流电机工作原理及起动技术研究
• 2.1 无刷直流电机的工作原理
• 2.1.1 无刷直流电机的基本组成
• 2.1.2 无刷直流电机的运行原理
• 2.1.3 无刷直流电机的数学模型
• 2.2 "三段式"起动方式
• 2.2.1 转子预定位
• 2.2.2 外同步加速
• 2.2.3 外同步到自同步的切换
• 2.3 本文所采用的起动方法
• 2.3.1 三拍外同步恒流加速
• 2.3.2 最佳换相逻辑
• 2.3.3 切换
• 2.4 本章小结
• 第三章 无刷直流电机"反电势法"无位置传感器控制
• 3.1 "反电势法"基本原理
• 3.2 反电势的提取
• 3.3 典型反电势过零检测电路的分析
• 3.4 改进型的反电势过零检测电路
• 3.5 本章小节
• 第四章 无刷直流电机无位置传感器控制系统硬件设计
• 4.1 系统硬件设计框图
• 4.2 ATmega 64控制器
• 4.2.1 ATmega64介绍
• 4.2.2 ATmega64产生快速PWM
• 4.3 功率主回路电路
• 4.3.1 功率主回路的选择
• 4.3.2 功率器件的选择
• 4.4 驱动电路
• 4.5 反电势过零检测电路
• 4.6 电流检测电路
• 4.7 电源电路
• 4.8 硬件电路实物图
• 4.9 本章小结
• 第五章 无刷直流电机无位置传感器控制系统软件设计
• 5.1 控制系统软件设计
• 5.2 主程序设计
• 5.3 转子零初始位置起动程序设计
• 5.4 "反电势法"无位置传感器运行程序设计
• 5.5 速度控制系统的实现
• 5.5.1 改进型PID运行算法设计
• 5.5.2 电流检测的实现
• 5.5.3 速度检测的实现
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验结果和分析
• 结论及探讨
• 参考文献
• 附录1 无传感器无刷直流电机驱动器
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件